Перспективы развития ядерной и термоядерной энергетики в Республике Беларусь

      Содержание  
 

       Введение

 

     Актуальность  выбранной темы очевидна.  Все блага цивилизации, все материальные сферы деятельности человека - от стирки белья до исследования Луны и Марса - требуют расхода энергии. И чем дальше, тем больше.

 

 На сегодняшний  день энергия атома широко используется во многих отраслях экономики Республики Беларусь. На атомных электростанциях нашей страны, так же как и на электростанциях, работающих на органическом топливе (ТЭС), осуществляется процесс превращения энергии, содержащейся в рабочей среде (паре), в электрическую. Различие между процессами, происходящими на АЭС и ТЭС, состоит лишь в том, что в одном случае используется энергия, выделяющаяся при распаде тяжелых элементов (применяемых в качестве топлива), а другом - при горении органического топлива.

       Атомные электростанции – АЭС – это тепловые электростанции. На атомных электростанциях в виде источника используется энергия управляемых ядерных реакций. Единичная мощность энергоблоков АЭС достигает 1,5 ГВт.

       Топливом для АЭС  является ядерное топливо, содержащееся в твэлах, представляющих из себя тепловыделяющие  сборки (ТВС). Для современных мощных реакторов загрузка составляет от 40 до 190 тонн. Особенность процесса в том, что масса выгружаемых после отработки определенного срока ТВС такая же, как и масса свежезагружаемых. Происходит лишь частичная замена ядерного горючего на продукты деления. Выгружаемое из реактора топливо имеет все еще значительную ценность. Поэтому для АЭС расход ядерного горючего не является характерной величиной, а степень использования внутриядерной энергии характеризуется глубиной выгорания.

     Положительное значение атомных электростанций в  энергобалансе очевидно. Гидроэнергетика для своей работы требует создание крупных водохранилищ, под которыми затапливаются большие площади плодородных земель по берегам рек. Вода в них застаивается и теряет свое качество, что в свою очередь обостряет проблемы водоснабжения, рыбного хозяйства и индустрии досуга.

     С помощью мирного атома осуществляется поиск полезных ископаемых. Массовое применение в биологии, сельском хозяйстве, медицине, в освоении космоса нашли радиоактивные изотопы.

     Теплоэнергетические станции в наибольшей степени способствуют разрушению биосферы и природной среды Земли. Они уже истребили многие десятки тонн органического топлива. Для его добычи из сельского хозяйства и других сфер изымаются огромные земельные площади. В местах открытой добычи угля образуются “лунные ландшафты”. А повышенное содержание золы в топливе является основной причиной выброса в воздух десятков миллионов тонн.

     Цель  работы – рассмотреть устройство и принцип действия АЭС.

     Для достижения заданной цели поставлены следующие задачи:

     - рассмотреть назначение и типы АЭС;

     - изучить устройство и принцип  действия АЭС;

     - выявить требования к экономическим параметрам АЭС;

     - рассмотреть перспективы развития ядерной и термоядерной энергетики в Республике Беларусь.

       Для написания работы использован широкий спектр источников. Поскольку тематика настоящей работы обширна, то каждый источник имеет свое особое значение.

       Важные  сведения об устройстве и принципе действия  АЭС содержаться в книгах: Амирханова Д.Р. «Основы энергосбережения», Воронина Л.М. «Атомные электрические станции», Стермана Л. С.  «Тепловые и атомные электрические станции» и др. 

       1 Устройство и принцип действия АЭС

       1.1 Назначение и типы АЭС

 

       Атомная электростанция (АЭС), электростанция, в которой атомная (ядерная) энергия преобразуется в электрическую. Генератором энергии на АЭС является атомный реактор. Тепло, которое выделяется в реакторе в результате цепной реакции деления ядер некоторых тяжёлых элементов, затем так же, как и на обычных тепловых электростанциях (ТЭС), преобразуется в электроэнергию. В отличие от ТЭС, работающих на органическом топливе, АЭС работает на ядерном горючем (в основном ²³³U, ²³⁵U. ²³⁹Pu) [4, c. 56].

       При делении 1 г изотопов урана или плутония высвобождается 22 500 квт ч, что эквивалентно энергии, содержащейся в 2800 кг условного топлива. Установлено, что мировые энергетические ресурсы ядерного горючего (уран, плутоний и др.) существенно превышают энергоресурсы природных запасов органического топлива (нефть, уголь, природный газ и др.). Это открывает широкие перспективы для удовлетворения быстро растущих потребностей в топливе. Кроме того, необходимо учитывать всё увеличивающийся объём потребления угля и нефти для технологических целей мировой химической промышленности, которая становится серьёзным конкурентом тепловых электростанций. Несмотря на открытие новых месторождений органического топлива и совершенствование способов его добычи, в мире наблюдается тенденция по увеличению его стоимости.

       Очевидна  необходимость быстрейшего развития атомной энергетики, которая уже занимает заметное место в энергетическом балансе ряда промышленных стран мира.

       Первая  в мире АЭС опытно-промышленного назначения мощностью 5 Мвт была пущена в СССР 27 июня 1954 г. в г. Обнинске. До этого энергия атомного ядра использовалась преимущественно в военных целях. Пуск первой АЭС ознаменовал открытие нового направления в энергетике, получившего признание на 1-й Международной научно-технической конференции по мирному использованию атомной энергии (август 1955, Женева).

       Второй  мощной АЭС была чернобыльская АЭС, которая была расположена на территории Украины вблизи города Припять, в 18 километрах от города Чернобыль, в 16 километрах от границы с Белоруссией и в 110 километрах от Киева [6, c. 78].

       На ЧАЭС использовались четыре реактора РБМК-1000 (реактор большой мощности канального типа) с электрической мощностью 1000 МВт (тепловая мощность 3200 МВт) каждый. ЧАЭС производила примерно десятую долю электроэнергии УССР. Однако 26 апреля 1986 года на 4-м энергоблоке Чернобыльской АЭС произошёл взрыв, который полностью разрушил реактор. В результате аварии только среди ликвидаторов умерли десятки тысяч человек, в Европе зафиксировано 10 000 случаев уродств у новорождённых, 10 000 случаев рака щитовидной железы и ожидается ещё 50 000.

       В настоящее время мировыми лидерами в производстве ядерной электроэнергии являются: США (788,6 млрд кВт•ч/год), Франция (426,8 млрд кВт•ч/год), Япония (273,8 млрд кВт•ч/год), Германия (158,4 млрд кВт•ч/год) и Россия (154,7 млрд кВт•ч/год).

       Атомные станции могут быть конденсационными электростанциями (АКЭС) и теплоэлектроцентралями (АТЭЦ). Они составляют основу подавляющего большинства ныне действующих АЭС в странах бывшего СССР. Атомная энергия может использоваться также и только для целей теплоснабжения: атомные станции промышленного теплоснабжения (АСТП). Такие станции уже имеются в ряде стран дальнего зарубежья. Разработка АСТП в период существования СССР явилось весьма специфическим этапом в развитии ядерной энергетики, поскольку был осуществлен принципиально новый подход в обеспечении безопасности АЭС.

       Принципиально возможны многочисленные типы ядерных  реакторов. Однако практически целесообразных конструкций не так много. В таблице 1 показаны целесообразные (+) и нецелесообразные (-) сочетания замедлителя и теплоносителя. 

Таблица 1 - Целесообразные (+) и нецелесообразные (-) сочетания замедлителя и теплоносителя АЭС

             Примечание  - Источник: [4, c. 56] 

     Все реакторы можно классифицировать  по

1. назначению:

• энергетические (основное требование к экономичности термодинамического цикла);

• исследовательские (пучки нейтронов с определенной энергией);
• транспортные (компактность, маневренность);
• промышленные (для наработки плутония, низкотемпературные, работают в форсированном режиме);
• многоцелевые (например, для выработки электроэнергии и опреснения морской воды);

2. виду замедлителя:

• легководные (наиболее компактны);
• графитовые (в расчете на единицу мощности имеют наибольшие размеры);
• тяжеловодные (несколько меньших размеров по сравнению с графитовыми);

3. виду теплоносителя:

• легководные (наиболее распространенные);
• газоохлаждаемые (также широко распространены);
• тежеловоджные (редко применяемые и только там, где замедлитель тоже тяжелая вода);
• жидкометаллические (в реакторах на быстрых нейтронах) и др.

       В любой АЭС различают теплоноситель  и рабочее тело. Рабочее тело –  это среда, совершающая работу, преобразуя тепловую энергию в механическую. Рабочим телом обычно является водяной пар. Контур рабочего тела всегда замкнут и добавочная вода в него поступает лишь в небольших количествах. Классификация АЭС по числу контуров представлена в приложении А.

       АЭС называется одноконтурной, если контуры  теплоносителя и рабочего тела не разделены. Преимущества этой схемы: простота и большая экономичность по сравнению с 2-х и 3-х контурными. Недостаток – все оборудование работает в радиационно-активных условиях [4, c. 57].

       АЭС называется двухконтурной, если контуры  теплоносителя и рабочее тело разделены. Контур теплоносителя – первый контур, контур рабочего тела – второй. Преимущества: оборудование не работает в радиационно-активных условиях. Недостаток: более низкая экономичность и более высокая сложность по сравнению с одноконтурной.

       АЭС называется трехконтурной, если помимо раздельных контуров теплоносителя и рабочего тела присутствует также и промежуточный контур. Промежуточный контур призван предотвратить опасность выброса радиоактивных веществ в случае, если давление в первом контуре выше, чем во втором и возможно перетекание теплоносителя, вызывающая радиоактивность второго контура в случае, если теплоносители (например, металлический натрий) интенсивно взаимодействует с паром и водой.

       1.2 Устройство и принцип действия АЭС

 

       Устройство, в котором поддерживается управляемая реакция деления ядер, называется ядерным (или атомным) реактором. Схема ядерного реактора на медленных нейтронах приведена на рисунке 1. 

 

       Рисунок 1 - Схема устройства АЭС с двухконтурным водо-водяным энергетическим реактором

       Примечание - Источник: [10] 

       Принцип действия атомных электростанций во многом схож с действием электростанций на органическом топливе. Главное различие – это топливо. На атомной электростанции применяется уран – предварительно обогащенная природная руда, и  пар производится посредством расщепления ядра, а не сжигания нефти, газа или угля. Атомные электростанции не сжигают топливо, благодаря чему не загрязняется атмосфера.